电路设计与仪器选择专题复习课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电路设计与仪器选择,电路设计与仪器选择,实验电路设计的原则,1,、安全性,2,、精确性,3,、方便性,4,、误差小,5,、仪器少,6,、耗电少,专题解说,知识概要与方法,实验电路设计的原则1、安全性2、精确性3、方便性4、误差小5,专题解说,一,.,仪器的选择,对实验仪器的选择，在进行正确测量的前提下，一般遵循以下原则：,安全性原则：,要保证所用仪器的安全，注意考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流等。选择电表时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。选择滑动变阻器时，流经滑动变阻器的电流不能超过允许通过的最大电流。,精确性原则：,尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的,2/3,），一般能用小时不用大。选择滑动变阻器时，注意其阻值的大小对实验操作和对实验的影响，一般能用小时不用大。,对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。,专题解说一.仪器的选择 对实验仪器的选择，在进行正确测量的,专题解说,操作性原则：,实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。,选择的一般步骤是：,找出唯一性的器材；,草画电路图（暂不把电表接入）；,估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；,考虑能否都使电表达到满偏的,1/3,以上。,专题解说操作性原则：,专题解说,二,.,供电电路与滑动变阻器的选择,限流电路,设路端电压为,U,，滑动变阻器的有效,电阻为接线柱,a,和,P,之间的电阻,R,aP,，,灯泡的电阻为,R,L,，则通过灯泡的电流强度为,R,L,P,a,b,灯泡两端的电压为,若滑动变阻器的总阻值为,R,，则灯泡两端电压的变化范围是,可见,滑动变阻器的总阻值,R,越大，灯泡两端电压的变化范围越大,。但若,R,比,R,L,大得多，则滑动头稍有移动，电流电压便有很大变化,则不便于调节,R,L,两端的电压,不宜采用。,专题解说二.供电电路与滑动变阻器的选择 限流电路设路端电,专题解说,分压电路,设路端电压恒为,U,，这个电压分布在,滑动变阻器的全部电阻丝上，而灯只,分得其中接线柱,a,和,P,之间的电压。移,动滑动变阻器的滑片,P,，增加,a,和,P,之间的电阻,R,aP,，灯泡两端的电压就会随之增大。,R,L,p,a,b,灯泡两端电压的变化范围是,如果只从用电器两端电压的变化范围看，好像滑动变阻器的阻值多大都行，但是滑动变阻器的阻值越大越不便于调节用电器两端电压，且耗能越大,.,使用限流电路时,一般选用滑动变阻器的全电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍,在,25,倍为好,这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大,.,若过小,则不能有效地控制电流,过大则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大,.,专题解说 分压电路设路端电压恒为U，这个电压分布在RLp,专题解说,a,用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读可调，应选分压电路。,b,如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流，应选分压电路。,c,如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多，为了能使用电器两端电压有较大变化，应选分压电路。,d,如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值相差不多，两种电路都可以对用电器的电压（电流）进行有效方便的控制，可以任选其中一种电路。此时假如从节省电能和电路简单考虑，应选限流电路。,使用分压电路时，,一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在,0.10.5,倍之间为好,。即阻值小些,以获得较大的电流输出。,选用限流电路还是选用分压电路,以下几点可作参考,:,专题解说a用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读,由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将会引起实验的误差。（,如在伏安法测电阻时，内接法测量结果偏大，外接法测量结果偏小。）,内接法的测量误差是由于电流表的,分压作用而产生的,由串联电路中电,压与电阻成正比,可知当,R,A,R,时，电压表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，可见，测量小电阻时宜采用外接法。,专题解说,三、测量电路的选择,V,A,R,内接法,V,A,R,外接法,由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将,专题解说,如何确定,R,值是较大还是较小？,当被测电阻与电压表内阻的关系满足,R,V,R,即,R,V,/R1,时应采用“外接法”较准确；,当被测电阻与电流表的内阻相比满足,R,A,R,即,R,A,/R R/R,A,即,R,时，电流表的分压作用较电压表的分流作用明显，应采用外接电路,当,R,V,/R,时，电压表的分流作用较电流表的分压作用明显，应采用内接电路,专题解说如何确定R值是较大还是较小？当被测电阻与电压表内阻,四,.,实验设计要求误差小,.,仪器少,.,耗电少,.,为减小实验误差，在设计电路时，要注意实验原理的完善，尽量选用精密的仪器；选择合适的量程（使指针有较大偏转）；读数时至少保证一个表（电流表或电压表）的指针与刻度线对齐。,专题解说,在进行实验的设计时，根据实验要求选择必须的实验仪器，,要充分发挥仪器的功能，,在能完成实验的前提下，尽可能地减少仪器的使用数目。,同时也还要求实验电路的耗电要少，节约能源。,如在用滑动变阻器作为控制电路时，滑动变阻器的限流接法较分压接法节省电能，不是非用分压接法不可的时候，通常用限流接法。,四.实验设计要求误差小.仪器少.耗电少. 为减小实验误差,专题解说,五,.,如何正确的读数，记录正确的实验数据？,1,、读数前要明确实验中所用电表的量程，最小刻度是多少；,2,、掌握读数最基本的原则：最小刻度的下一位要估读；人眼估读时通常是将最小刻度等分为十等分，然后估计指针的位置是多少等分，最后确定估读数；,3,、根据高中实验要求，仪器的最小刻度除以,2,，所得数字的首位即为估读到的位数；,如量程为,00.6A,的电流表，其最小刻度是,0.02A,，误差出现在电流表的百分位上（,0.02A/2=0.01A,）。,专题解说五.如何正确的读数，记录正确的实验数据？1、,专题聚焦,例,1.,某电压表的内阻在,20 k,50 k,之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用器材：待测电压表,V,(,量程,3 V),，电流表,A,(,量程,200,A),，电流表,A,2,(,量程,5 mA),，电流表,A,3,(,量程,0.6,),，滑动变阻器,R,(,最大阻值,1 k),，电源,E,(,电动势,4 V),，电键,S,.,(1),所提供的电流表中，应选用,_(,填写字母代号,).,(2),为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图中画出符合要求的实验电路图,(,电源和电键及连线已画出,).,解,:,电源电动势,E,=4V,电压表内阻最大,50k,故电流最小值,I,=,V,A,1,=80A,，,A,2,、,A,3,量程都太大，故选,A,1,.,由于,R,V,在,20k,50k,之间,远大于滑动变阻器的阻值,1k,故应连成分压电路,.,专题聚焦,专题聚焦,例,2.,用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：待测电阻,Rx,（阻值大约为,5,，额定功率为,1W,）；电流表,A,1,（量程为,0,0.6A,，内阻为,0.2,）；电流表,A,2,（量程为,0,3A,，内阻为,0.05,）；电压表,V,1,（量程为,0,3V,，内阻为,3K,）；电压表,V,2,（量程为,0,15V,，内阻为,15K,）；滑动变阻器,R,（,0,50,）；蓄电池（电动势为,6V,），开关、导线。,为了较准确测量,Rx,的阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择,，并画出实验电路图。,1,、确定电压表、电流表,被测电阻,Rx,的额定电压、额定电流分别为,2.2V,和,0.45A,，则电流表选用,A,1,，电压表选用,V,1,。,解,专题聚焦 例2.用伏安法测量某电,2,、确定测量电路,由于待测电阻,Rx,的阻值大约是,5,，而所用电流表的内阻为,0.2,，所用电压表内阻为,3K,，即,RvRx,，故采用电流表的外接法。,3,、确定控制电路,因滑动变阻器的全值,R,0,大于被测电阻阻值,Rx,，故考虑滑动变阻器的限流接法（采用限流接法时，通过,Rx,的最大电流为,0.45A,，最小电流为,0.11A,，较符合实验要求）。,专题聚焦,2、确定测量电路 3、确定控制电路 专题聚焦,专题聚焦,例,3.,有一电阻,R,其阻值大约在,40,至,50,之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材：,电池组,电动势为,9V,内阻忽略不计；,电压表,量程为,0,至,10,内阻,20,；,电流表,A,1,量程为,0,至,50,内阻约,20,；,电流表,A,2,量程为,0,至,300m,内阻约,4,；,滑动变阻器,R,1,阻值范围为,0,至,100,额定电流,1A,；,滑动变阻器,R,2,阻值范围为,0,至,1700,额定电流,0.3,;,开关及导线若干,实验电路图如图所示，实验中要求多测几组电流、电压值在实验中应选,电流表和,滑动变阻器,V,A,R,X,r,R,解,:,首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表,A,1,，则,I,m,0.14A,超过了,A,1,的量程,.,专题聚焦 例3.有一电阻R,其阻,专题聚焦,假设选电流表,A,2,，则,I,/,m,0.18A,，,未超出,A,2,的量程，故应选电流表,A,2,.,对滑动变阻器的选择。假设选,R,1,，电路中的最小电流约为,I,min, 0.06A,，,故电路中的电流强度范围为,0.06A,0.18A,假设选,R,2,，电路中的最小电流约为,I,/,min,0.005A,故电路中的电流强度范围为,0.005A,-,0.18A,，,因为电流表,A,2,的量程为,0.3,电流强度为,0.06,时,仅为电流表,A,2,量程的,1/5,如果移动滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,读数误差会更大,因此对于,R,2,而言,有效的调节长度太小,将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感,.,调节不方便,故应选滑动受阻器,R,1,.,专题聚焦假设选电流表 A2，则I/m,例,4,.(00,全国,),利用下表中的实验器材，设计一个电路来测量电流表,A,1,的内阻,r,1,，,要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据，画出电路图,标明器材代号,;,若选测量数据中的一组来计算,r,，则所用的表达式为,_,，式中各符号的意义是：,_,。,专题聚焦,器材,(,代号,),规格,电流表,(,),电流表,(,),电压表,(,V,),电阻,(,R,),滑动变阻器,(,R,),电池,(,E,),电键,(,K,),导线若干,量程,10 m,，内阻,r,待测,(,约,40 ),量程,500 A,，内阻,750 ,量程,10 V,，内阻,10 k,阻值约,100 ,，作保护电阻用,总阻值约,50 ,电动势,1.5 V,，内阻很小,例4.(00全国)利用下表中的实,专题聚焦,解,:,题中直接判定必选的器材是电池,E,，电键,K,，导线若干,.,由,A,1,量程是,10mA,，,r,1,约为,40,，,E,是电动势,1.5V,，可判定必须再选电阻,R,1,，滑动变阻器,R,作为保护，才保证通过,A,1,的电流不至于超过,10mA.,要测,1,的电阻，通过,A,1,的电流值,I,1,可由,1,读出，只要能测出,A,两端的电压,U,，则可求出,r,测电压要用电压表，但是若将电压表与,A,1,并联，电流表,A,1,上的电压最多是,1,40V,0.43V,而电压表的量程是,10V,，对,0.43V,的电压来说，电压表的指针只是稍微偏转了一点点，这样测得的阻值误差太大,.,不符合题目要求，因而不能用电压表测电压,.,A,1,R,1,V,专题聚焦解: 题中直接,A,2,。,R,2,。,E,S,专题聚焦,而电流表,A,的内阻,r,知道，通过电流表,A,的电流,I,可以读出，因而,A,两端的电压,.,若将,A,与,并联，则,即,A,两端的电压，由此可以求出,A,的内阻,r,式中,I,1,、,2,分别是电流表,A,、,A,2,的读数，,r,1,、,r,2,分别是电流表,A,1,、,A,2,的内阻,.,滑动变阻器,R,限流，分压接法均可,.,A,1,R,1,。,。,A,2,A,1,E,S,R,1,R,2,E,S,。,。,A,2,A,1,R,2,R,1,A2。R2。ES 专题聚焦 而电,例,5.,(03,上海,),图,1,为某一热敏电阻,R(,电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感,),的,I,-,U,关系曲线图。,为了通过测量得到图,1,所示,I,-,U,关系的完整曲线，在图,2,和图,3,两个电路中应选择的是图,；简要说明理由：,。,(,电源电动势为,9V,内阻不计,滑线变阻器的阻值为,0-100),2,电压可从,0V,调到所需电压，调节范围较大,I,/mA,U,/V,1 2 3 4 5 6 7,50,0,图,1,10,20,30,40,图,3,V,A,图,2,V,A,专题聚焦,例5.(03上海)图1为某一热敏,专题聚焦,在图,4,电路中，电源电压恒为,9V,，电流表读数为,70mA,，定值电阻,R,1=250,。由热敏电阻的,I,-,U,关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为,_,V,；电阻,R,2,的阻值为,_,_,。,举出一个可以应用热敏电阻的例子：,_,。,5.2,111.6112.0,热敏温度计,解,:, I,1,=9/250=0.036A=36mA,I,2,=34mA,由图,1,得,U,R,=5.2V,R,2,=(9-5.2) / 0.034=111.8 ,A,R,1,R,2,热敏电阻,9V,图,4,R,专题聚焦在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70,例,6.(,04,年江苏,),某同学对黑箱中一个电学元件的伏安特性进行研究通过正确测量，他发现该元件两端的电压,U,ab,(,U,ab,=,U,a,-,U,b,),与流过它的电流,I,之间的变化关系有如下规律,当,-15,V,U,ab,如图,往保温杯中加入一些热水,待温度稳定时读出温度计值,;,调节滑动变阻器，快速测出电流表和电压表的值；,重复，测量不同温度下的数据；,绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。,专题训练A30.6V315答案 如图 往保温杯中加入,专题训练,（,04,北京）为了测定电流表,A,1,的内阻，采用如图,1,所示的电路。其中：,A,1,是待测电流表，量程为,300A,内阻约为,100,；,A,2,是标准电流表，量程是,200A,；,R,1,是电阻箱，阻值范围,0999.9,；,R,2,是滑动变阻器；,R,3,是保护电阻,E,是电池组，电动势为,4V,，内阻不计；,S,1,是单刀单掷开关，,S,2,是单刀双掷开关。,（,1,）根据电路图,1,，请在图,2,中画出连线，将器材连接成实验电路,.,专题训练 （04北京）为了测定电流表,专题训练,（,2,）连接好电路,将开关,S,2,扳到接点,a,处,接通开关,S,1,调整滑动变阻器,R,2,使电流表,A,2,的读数是,150A;,然后将开关,S,2,扳到接点,b,处,保持,R,2,不变,调节电阻箱,R,1,使,A,2,的读数仍为,150,A,.,若此时电阻箱各旋钮的位置如图,3,所示,电阻箱,R,1,的阻值是,则待测电流表,A,1,的内阻,R,3,=,.,86.3,86.3,专题训练（2）连接好电路,将开关S2扳到接点a处,接通开关,专题训练,（,3,）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器,R,2,的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全。在下面提供的四个电阻中，保护电阻,R,3,应选用：,（填写阻值相应的字母）。,A,200KB,20KC,15KD,20,（,4,）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用。即要满足上述实验要求，又要调整方便，选滑动变阻器,（填写阻值相应的字母）。,A,1k B,5k C,10kD,25k,B,C,专题训练 （3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的,